判斷煤與瓦斯是否會突出的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及礦井或隧道中的安全方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種判斷煤與瓦斯是否 會突出的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國是世界產(chǎn)煤大國，同時也是煤礦安全形勢最為嚴(yán)峻的國家之一。煤礦安全生 產(chǎn)總體水平與世界其它主要產(chǎn)煤國家的差距還很大，煤礦百萬噸死亡率遠(yuǎn)高于美國、澳大 利亞、南非、波蘭、印度等國家。在我國的煤礦事故中，瓦斯事故影響最大，重、特大瓦斯事故 頻發(fā)，造成大量人員傷亡和重大財產(chǎn)損失，對國民經(jīng)濟(jì)和社會穩(wěn)定發(fā)展產(chǎn)生了惡劣影響，嚴(yán) 重?fù)p害了我國的國際形象。建國W來發(fā)生一次死亡百人W上的特別重大事故23起，其中21 起屬于瓦斯事故，僅在2004年到2005年，全國就發(fā)生了 6起百人W上煤礦事故，其中5起是瓦 斯事故，在國內(nèi)外造成了極其惡劣的影響。經(jīng)過分析，不少重特大瓦斯事故的發(fā)生是由局部 災(zāi)害事故在一定的時間內(nèi)演化而來的，比如:大平煤礦瓦斯爆炸事故是先發(fā)生了煤與瓦斯 突出事故，經(jīng)過29分鐘后演化為特別重大瓦斯爆炸事故;孫家灣煤礦瓦斯爆炸事故是先發(fā) 生了沖擊地壓，經(jīng)過11分鐘后演化為特別重大瓦斯爆炸事故;新興煤礦是發(fā)生煤與瓦斯突 出后1小時后演化為特別重大瓦斯爆炸事故。
[0003] 運(yùn)幾起事故的原因和過程給我們帶來一個啟示或教訓(xùn)：在某些局部性災(zāi)害發(fā)生 后，如果能在很短的時間內(nèi)對可能發(fā)生的更大規(guī)模的災(zāi)變做出預(yù)判，并在災(zāi)變發(fā)生前采取 應(yīng)急措施，消除發(fā)生災(zāi)變的必要條件，從而就可避免造成更大的瓦斯爆炸事故損失或傷亡。 黨和政府高度重視安全生產(chǎn)工作，國家采取了多種措施，大力遏制煤礦事故特別是瓦斯事 故的發(fā)生。近年來，煤礦瓦斯事故大幅下降，安全形勢有所好轉(zhuǎn)。但是，煤與瓦斯突出事故依 然多發(fā)，防突形勢依然十分嚴(yán)峻。
[0004] 國內(nèi)外學(xué)者對煤與瓦斯突出機(jī)理和突出預(yù)測做了深入的研究，但對煤與瓦斯突出 后的有害氣體傳播，W及突出后的應(yīng)急措施研究較少。
[0005] 目前，我國高瓦斯、突出礦井基本上都裝備了安全監(jiān)測系統(tǒng)，可W實(shí)時地監(jiān)測到瓦 斯?jié)舛鹊淖兓O(jiān)測系統(tǒng)只簡單反映傳感器所在位置的瓦斯?jié)舛茸兓闆r，缺乏綜合分 析功能。現(xiàn)有技術(shù)中也出現(xiàn)了大量的判斷瓦斯是否突出的方法，但是都沒有與實(shí)際情況相 結(jié)合，判斷的準(zhǔn)確性較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種判斷煤與瓦斯是否會突出的方法，所述方 法通過對構(gòu)建的虛擬煤與瓦斯突出影響因素虛擬模型進(jìn)行權(quán)重比例的更新，提高了瓦斯突 出判斷的準(zhǔn)確性。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種判斷煤與瓦斯是否會突 出的方法，其特征在于包括如下步驟：
[000引1)獲取煤層所在實(shí)際的地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力、煤體結(jié)構(gòu)、瓦斯賦存條件W及瓦斯參 數(shù)；
[0009] 2)根據(jù)上述條件，構(gòu)建煤與瓦斯突出影響因素虛擬模型；
[0010] 3)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過實(shí)物模擬構(gòu)建與步驟1)中參數(shù)相同的煤層=維地理模型；
[0011]根據(jù)礦區(qū)實(shí)際煤巖層的巖性分布和地質(zhì)構(gòu)造情況，按照相似模擬試驗(yàn)的相似原理 進(jìn)行相似材料配比，在試驗(yàn)箱體中根據(jù)相似材料配比逐層鋪設(shè)試驗(yàn)材料;在材料鋪設(shè)過程 中，在預(yù)先設(shè)定的位置安放瓦斯面充氣設(shè)備和相應(yīng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測傳感器;在傳感器和相似模 擬材料鋪設(shè)完W后，安裝試驗(yàn)箱體的上蓋、下蓋W及各種數(shù)據(jù)線、管路，并使用密封膠將箱 體的周圍進(jìn)行密封;同時，連接瓦斯氣瓶和試驗(yàn)箱體的瓦斯面充氣裝置，完成后保持壓力一 定時間后進(jìn)行使用；
[0012] 4)人為改變步驟3)中某一個參數(shù)使構(gòu)建的煤層=維地理模型引起瓦斯突出現(xiàn)象， 并記錄引起瓦斯突出現(xiàn)象時的參數(shù)值；
[0013] 5)將步驟4中引起瓦斯突出現(xiàn)象時的參數(shù)值與開始時的該參數(shù)的初始值做差，得 出該參數(shù)的變化量，按照參數(shù)變化量的大小確定地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力、煤體結(jié)構(gòu)、瓦斯賦存條 件W及瓦斯參數(shù)在煤與瓦斯突出影響因素虛擬模型中的權(quán)重度比例，其中變化量越小的參 數(shù)的權(quán)重度越大，并根據(jù)新獲取的權(quán)重度比例重新建立煤與瓦斯突出影響因素虛擬模型， 對虛擬模型進(jìn)行修正；
[0014] 6)使用新的煤與瓦斯突出影響因素虛擬模型判斷是否會存在瓦斯突出現(xiàn)象。
[0015] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述的步驟1)中的煤體結(jié)構(gòu)參數(shù)通過如下方法獲得:如 果在地表有煤層露頭，通過地面現(xiàn)場觀察的方式進(jìn)行;如果有井下的采掘工作面，在井下對 采煤或掘進(jìn)工作面進(jìn)行觀察的方式進(jìn)行;對于一些沒有觀察條件的未采區(qū)，如果有勘探鉆 孔資料，則通過對測井曲線進(jìn)行解譯的方式來判斷煤層的煤體結(jié)構(gòu)特征。
[0016] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述的步驟2)的方法如下：利用層次分析法進(jìn)行煤與瓦 斯突出危險性預(yù)測，將影響煤與瓦斯突出的因素分為兩個層次，其中第一層次因素包括地 質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力、煤體結(jié)構(gòu)、瓦斯賦存條件W及瓦斯參數(shù);第二層次分別為第一層次各因素 的子因素，其中地質(zhì)構(gòu)造影響因素包括權(quán)曲、斷層和水文地質(zhì);地應(yīng)力影響因素包括自重應(yīng) 力、構(gòu)造應(yīng)力;煤體結(jié)構(gòu)影響因素包括煤的變質(zhì)程度、煤的結(jié)構(gòu)破壞類型、軟分層厚度、煤的 強(qiáng)度性質(zhì)和煤的解吸能力；瓦斯賦存條件影響因素包括煤層埋藏深度、煤層厚度及變異系 數(shù)、圍巖孔隙性;瓦斯參數(shù)影響因素包括瓦斯含量、瓦斯壓力和瓦斯放散初速度。
[0017] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述的層次分析法中權(quán)重度的確定是根據(jù)層次結(jié)構(gòu)模 塊，構(gòu)造判斷矩陣來進(jìn)行計算的，通過計算判斷矩陣的特征值和特征向量來得出各因素的 權(quán)重關(guān)系。
[0018] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述的判斷矩陣A的構(gòu)建方法如下：
[0019] 通過1-9標(biāo)度法，構(gòu)造各影響因素的判斷矩陣：
[0021]其中au表示第i個因素相對于第j個因素的比較結(jié)果，則有
[0023] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述的判斷矩陣的最大特征值并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)的方法 如下：
[0024] 判斷矩陣A構(gòu)造完成后，計算得出判斷矩陣A的最大特征值A(chǔ)max和對應(yīng)的特征向量 W，兩者之間的關(guān)系為：
[0025] AW=AmaxW
[00%]用一致性比率C. R.檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性，當(dāng)C. R.越小時，判斷矩陣A的一致性越 好；
[0027]判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)步驟如下：
[002引1)求出一致性指標(biāo)；
[0030]其中n為判斷矩陣A的對角元素之和，也就是A的特征根之和；
[0031 ] 2)根據(jù)隨機(jī)一致性指標(biāo)表撤出平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R. I.;
[0032] 3)計算一致性比率
[0034] 當(dāng)C.R. ^0.1時，接受判斷矩陣，否則，修改判斷矩陣，可使最大特征值A(chǔ)max對應(yīng)得 到的特征向量W= {Wi，W2，W3，…，Wn}作為權(quán)重向量。
[0035] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:所述方法通過構(gòu)建煤與瓦斯突出影響 因素虛擬模型后，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過實(shí)物模擬構(gòu)建煤層=維地理模型，并通過改變構(gòu)建的煤 層=維地理模型參數(shù)，誘發(fā)瓦斯突出事件，更新構(gòu)建的虛擬模擬中影響因素的權(quán)重比例，提 高了瓦斯突出判斷的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0036] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0037] 圖1是本發(fā)明的流程圖；
[0038] 圖2是本發(fā)明中煤與瓦斯突出影響因素層次結(jié)構(gòu)模型。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0040] 在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)W便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可W 采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可W在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的 情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0041] 如圖I所示，本發(fā)明公開了一種判斷煤與瓦斯是否會突出的方法，包括如下步驟：
[0042] 1)獲取煤層所在實(shí)際的地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力、煤體結(jié)構(gòu)、瓦斯賦存條件W及瓦斯參 數(shù)；
[0043] 2)根據(jù)上述條件，構(gòu)建煤與瓦斯突出影響因素虛擬模型；
[0044] 3)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過實(shí)物模擬構(gòu)建與步驟1)中參數(shù)相同的煤層=維地理模型；
[0045] 根據(jù)礦區(qū)實(shí)際煤巖層的巖性分布和地質(zhì)構(gòu)造情況，按照相似模擬試驗(yàn)的相似原理 進(jìn)行相似材料配比，在試驗(yàn)箱體中根據(jù)相似材料配比逐層鋪設(shè)試驗(yàn)材料;在材料鋪設(shè)過程 中，在預(yù)先設(shè)定的位置安放瓦斯